印制电路板_PCB_可靠性设计规范-工艺性要求

柏腾高速PCB设计工作室:

印制电路板（PCB）设计规范

－工艺性要求

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版本: A版

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题目：印制电路板（PCB）设计规范－工艺性要求

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1、目的

本标准规定了印制电路板（简称PCB）设计应遵守的基本工艺要求。

2、范围

本标准适用于公司各部门的PCB 设计。

3、范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T4588.3 印制电路板设计和使用

GJB 3243 电子元器件表面安装要求

4、术语和定义

下列术语、定义、符号和缩略语适用于本标准。

4.1可制造型设计 DFM

DFM主要研究产品本身的物理设计与制造系统各部分之间的相互关系，并把它用于产品设计中，以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化。DFM可以降低产品的开发周期和成本，使之能更顺利地投入生产。

4.2印制电路 Printed Circuit

在绝缘基材上，按预定设计形成的印制元件或印制线路以及两者结合的导电图形。

4.3印制电路板 Printed Circuit Board (缩写为：PCB)

印制电路或印制线路成品板的通称，简称印制板。它包括刚性、挠性和刚-挠结合的单面、双面和多层印制板

4.4 TOP层

安装有数量较多或较复杂器件的封装互联结构面（Packaging and Interconnecting Structure）,在IPC标准中称为主面（Primary Side），在本文中为了方便，称为TOP层（对应EDA软件的TOP层）。

4.5BOT层

与TOP层相对的互联结构面。在IPC标准中称为辅面（Secondary Side），在本文中为了方便，称为BOT层（对应EDA软件的BOTTOM层）。

4.6波峰焊

将熔化的软钎焊料，经过机械泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰，使预先装有电子元器件的印制板通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械和电气连接的一种软钎焊工艺。（适合于插装元器件、片式R、L、C元件，由于波峰焊波峰温度高达250度，不允许用于不采用制具的SOT、QFP、PLCC、BGA、SOP等潮敏等级大于1级的IC芯片的焊接。）

4.7回流焊

通过熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械和电气连接的一种软钎焊工艺。适合于所有种类表面组装元器件的焊接。

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4.8表面组装元器件Surface Mounted Devices （SMD）

指焊接端子或引线制作在同一平面内，并适合于表面组装的电子元器件。

4.9表面安装技术Surface Mounted Technology（SMT）

4.10表面安装

无需利用印制板元器件安装孔，直接将元器件贴、焊到印制板表面规定位置上的过程。

4.11引线 Lead

从元器件封装体内向外引出的导线。在表面安装元器件中，指翼形引线、J形引线、I形引线等外引线的统称。

4.12工艺边

PCB的工艺边，是指为生产时用于在导轨上传输时导轨占用的区域和使用工装时的预留区域。

4.13 V-CUT

割V型槽, V割的拼板板与板相连处不留间隙。

4.14通孔插装元器件Through Hole Components（THC）

指适合于插装的电子元器件。

4.15小外形晶体管Small Outline Transistor（SOT）

指采用小外形封装结构的表面组装晶体管。

4.16小外形封装Small Outline Package （SOP）

指两侧具有翼形或J 形引线的一种表面组装元器件的封装形式。

4.17双列直插式封装Double In-line package（DIP）

4.18塑封有引线芯片载体Plastic Leaded Chip Carriers （PLCC）

指四边具有J 形引线，采用塑料封装的表面组装集成电路。外形有正方形和矩形两种形式，典型引线中心距为1.27mm。

4.19四边扁平封装器件 Quad Flat Package（QFP）

指四边具有翼形短引线，采用塑料封装的薄形表面组装集成电路，引线中心距有英制和公制，公制尺寸有1.00mm，0.8mm，0.65mm，0.5mm，0.4mm，0.3mm。外形有正方形和矩形两种形式。

4.20球栅阵列封装器件 Ball Grid Array（BGA）

指在元件底部以矩阵方式布置的焊锡球为引出端的面阵式封装集成电路。目前有塑封BGA （P-BGA）和陶瓷封装BGA（C-BGA）两种。焊锡球中心距有1.5mm,1.27mm,1mm,0.8mm等。4.21片式元件 CHIP

本标准特指片式电阻器、片式电容器、片式电感器等两引脚的表面组装元件。

4.22细间距器件

Pitch≤0.65mm的翼形引脚器件以及pitch≤0.8mm的面阵列器件。

4.23光学定位标志

PCB上的特殊标志，贴片机用其对贴片元件进行定位，丝印机、点胶机也用其做为定位标记。

4.24非金属化孔NPTH

在PCB 上钻孔，孔壁上不沉铜、不喷锡，通常一些EDA工具中用Non-Plated表示。

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4.25机械加工图

表明印制板机械加工尺寸及要求的图，俗称外形图。

4.26标记符号图

表明印制板上元器件安装位置、安装方式和要求的图，俗称字符图。

4.27印制板组装件

具有电气机械元件或者连接有其它印制板的印制板，其印制板的所有制造工艺、焊接、涂覆都已完成。

4.28 Stand Off

表面贴装器件的本体底部到引脚底部的垂直距离。

4.29中继孔

用于导线转接的一种贯穿的金属化孔，俗称转接孔或过孔。

4.30连接盘

导电图形的一部分。用来连接和焊接元器件。当用于焊接元器件时又称焊盘。

4.31在线测试In－Circuit Test（ICT）

是通过对在线元器件的电性能及电气连接进行测试来检查生产制造缺陷及元器件不良的一种标准测试手段。

4.32自动光学检测 Automatic Optical Inspection（AOI）

5、总则

PCB的工艺设计非常重要，它关系到所设计的PCB能否高效率、低成本地制造出来。新一代的SMT组装工艺，由于其复杂性，要求设计者从一开始就必须考虑制造的问题。因为一旦设计完成后再进行修改势必延长转产时间、增加开发成本。即使修改SMT元件一个焊盘的位置也要进行重新布线、重新制作PCB加工菲林和焊膏印刷钢板，硬件成本至少要两万元以上。对模拟电路就更加困难，甚至要重新进行设计、调试。但是，如果不进行修改，批量生产造成的损失就会更大，所付出的代价将是前一阶段修改成本的数十倍以上。因此，设计者必须从设计工作开始起就重视工艺问题，问题越早解决对公司也越有利。

工艺性设计要考虑：

a）自动化生产所需的工艺传送边、定位孔、光学定位符号；

b）与生产效率有关的拼板；

c）与焊接合格率有关的元件封装选型、基板材质选择、组装方式、元件布局、焊盘设计、阻焊层设计；

d）与检查、维修、测试有关的元件间距、测试焊盘设计；

e）与PCB制造有关的导通孔和元件孔径设计、焊盘环宽设计、隔离环宽设计、线宽和线距设计；

f）与装配、调试、接线有关的丝印或腐蚀字符；

g）与焊接、螺装、铆接工艺有关的孔径、安装空间；

h) 与热设计、EMC、传输线阻抗匹配设计等可靠性设计有关的焊盘、导线要求。

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6、组装形式

PCB 的设计首先应该确定SMT （贴装）与DIP （插装）在PCB 正反两面上的布局。不同的PCB 形式对应不同的加工工艺流程，对生产线也有不同的要求。在实际的设计中为保证PCB 焊接的一次直通率，我们公司优选推荐的组装形式为表1 所列形式之1、2、3；公司PCB 设计人员也可选用表1所列形式之4、5；如果采用表1形式以外的其他组装方式，需要与公司内相关组装工艺工程师商议。

表 1 PCB 优选考虑的组装形式

组装形式

示意图

PCB 设计特征和加工工艺

1 单面混装

单面既有SMD 又有THC （插件）；先采用回流焊工艺焊接SMD ，再有手工（波峰焊工艺）焊接THC （插件）。 2 TOP 混装 BOT 仅贴SMD

先贴BOT(锡膏)过回流焊，然后翻板贴TOP(锡膏)过回流焊，最后翻板BOT 加载具后过波峰焊。

3 单面装有THC

单面全THC ，采用波峰焊工艺；

4 单面装有SMD

单面全SMD ，采用回流焊工艺；

5 双面装有SMD

双面全SMD ，采用双面回流焊工艺；

注 1：在波峰焊的板B 面上(2、5 组装方式)避免出现仅几个SMD 的现象，它增加了组装流程。 注 2：简单SMD 是指封装为0603、0805或1206的R 、L 、C 器件和封装为SOT-23的器件；

7、PCB 板基本参数 7.1 PCB 尺寸范围

2 PCB 在设计时须按需求定尺寸，同时应考虑容易装焊的可行性。从生产角度考虑，最小的单

板尺寸应不小于“宽100mm ×长120mm ”， 一般最理想的尺寸范围是“宽（200mm ～250mm ）×长（250mm ～350mm ）”。 2 对PCB 长边尺寸小于120mm ，短边小于100mm 的PCB 应采用拚板，转换为符合生产要求的理想

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尺寸，以便插件和焊接。

注1：公司目前的贴片机、丝印机、回流焊机等设备最大可处理PCB 尺寸：350mm×460mm。

7.2 PCB 板材

2根据公司产品的特点，一般推荐采用FR-4基板。

7.3 PCB叠层设计

PCB叠层方式推荐为Foil叠法，即采用铜箔加芯板（core）的结构。如图所示。

图 1 PCB叠层结构

2PCB叠层方法采用对称设计。对称设计指绝缘层厚度、半固化片类别、铜箔厚度、图形分布类型（大铜箔层、线路层）尽量对于PCB的垂直中心线对称，如图所示。

图 2 对称设计示意图

7.4 PCB 铜箔厚度

2公司推荐选用的PCB 铜箔厚度有18μm，35μm，70μm，也可用oz/Ft2 表示,对应为0.5 oz/Ft2，1 oz/Ft2，2 oz/Ft2。

2PCB外层一般选用0.5oz/Ft2的铜箔，电镀后大于1oz；内层一般选用1 oz/Ft2的铜箔，避免在内层使用两面铜箔厚度不一致的芯板。

7.5 PCB 板厚度

2我们公司使用的PCB 的厚度有以下3种：1.0mm，1.2mm， 1.6mm和柔性板。

PCB厚度的选取应该根据板尺寸大小和所安装元件的重量选取。

8、PCB板组装辅助设计

8.1 PCB 外形

2对波峰焊的单板（不用夹具）,PCB 的外形必须是矩形的（四角为R=2mm 圆角）。

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如图所示:

图 3 PCB外形示意

2对纯SMT 板,不允许有缺口,如果有缺口,需要补板,应该确保PCB 在链条上传送平稳,如（图4）示。

图 4 PCB 外形

2对于需要将PCB设计成非矩形的特殊情况，必须通过拼版方式将整体外形设计成矩形。如图5所示。

图 5 工艺拼板示意图

2拼板的长宽比要求X/Y≤2；如图所示。

图 6 PCB外形示意图

8.2传送方向的选择

2从减少焊接时PCB的变形，对不作拼版的PCB，一般将其长边方向作为传送方向；对于拼版也应将长边方向作为传送方向。对于短边与长边之比大于80％的PCB，也可以用短边传送。

8.3工艺边

2不加工艺边的PCB板在正反面距离板边≥6mm的范围内不能有任何元器件或焊点,布线离板边距离要求≥3mm。

要求：

图 10 PCB辅助边设计要求三

图 11 光学定位标志基准符号设计要求情况

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2PCB 整板定位。必须在板的四角部位选设3个整板光学定位标志。如果是双面都有贴装元件，则每一面都应该有光学定位标志。如下图所示。

图 13 Mark点整板定位

2对于拼板，要有3个拼板的全局Mark点，每块小板对角处至少有两个Mark点。特殊情况下，同工艺人员协商后，确定拼版中小板的两个Mark点是否可以不加，但3个拼板的全局Mark点必须保留。

2管脚间距为0.4mm，管脚数量大于144的QFP封装芯片需要在芯片的对角增加2个mark；如果上述几个器件比较靠近(<100mm)，可以把它们看作一个整体，在其对角位置设计两个局部光学定位基准符号。

图 14 局部Mark点的应用

2光学定位标志中心离板边5mm 以上即可，对角线上的光学定位标志不对称放置，如下图

所示。

图 15 Mark点布局要求一

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2全直插器件的PCB板可以不需要放置光学定位标志；

2光学定位标志与测试点距离中心距≥5mm；

2禁止在Mark点内布线，或存在丝印符号；

2Mark点必须赋予坐标值（当作元件设计），必须使用公司统一设计的Mark点符号，不允许在PCB 设计完后自行绘制到PCB板上。

10、PCB 拼板设计

10.1 拼板连接方式

2拼板的连接方式主要有双面对刻V 形槽、长槽孔加圆孔2种，视PCB 的外形而定。

10.2 V-CUT连接方式：

当板与板之间为直线连接，板缘平整且不影响器件安装的PCB板使用该种连接；V-CUT为直通型，不能在中间转弯；目前SMT 板应用较多，特点是分离后边缘整齐加工成本低，建议优先选用。

2V-CUT线两边（A、B面）要求保留不小于1mm的器件及导线禁布区，以避免在分板时损伤器件及导线。设计要求如下图所示。

2开V 型槽后，剩余的厚度X 应为（1/4～1/3）板厚，剩余厚度最小尺寸不能小于0.4mm。对承重较重的板子可取上限，对承重较轻的板子可取下限。

V型槽上下两侧切口的错位S应小于0.1mm。

a）长槽孔加圆孔的拼板方式：

长槽孔加圆孔的拼板方式，适合于各种外形的子板（小PCB，相对于拼后大的板而言）之间的拼板。

2长槽孔加圆孔的长槽宽一般为1.2mm到2.0 mm，槽长25 mm～40 mm；槽与槽之间的连接桥一般为5 mm，并布设几个圆孔，孔径Ф0.5 mm～1 mm；孔中心距为孔径加0.3mm～0.6 mm，板厚取较小值，板薄取较大的值。分割槽长度的设计视PCB 传送方向、组装工艺和PCB 大小而定。

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11﹑器件布局

11.1 器件布局的通用要求

2有极性或方向性的THD器件在布局上要求方向一致，并尽量做到排列整齐。对于SMD器件不能满足方向一致要求时，应尽量满足在X、Y方向上保持方向一致，如钽电容。

2需安装散热器的SMD应注意散热器的安装位置，布局时要求有足够的空间，确保不与其它器件相碰，确保最小0.5mm的距离满足安装空间要求。

2热敏元件（如电解电容、晶体振荡器等）尽量远离高热器件；热敏元件尽量放置在上风口，高大器件放置在低矮元件后面，并且沿风阻最小的方向排布，防止风道受阻。

图 22 热敏元件的放置

2布局时不允许器件相碰、叠放，以满足器件安装空间要求；

图 17 不良布局实例

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2相邻元件本体之间的距离，如下图所示。

图 26元件本体之间的距离示意图

2满足手工焊接、维修和检验的操作空间要求，如下图所示。

图 27烙铁操作空间示意图

2插件器件一侧有器件的时候，当器件平行焊点布置最小可加工焊盘边缘间距为5.0mm；如果器件垂直焊点布置时，最小可加工焊盘边缘间距为5.0mm；如下图所示。

图 28一侧贴片器件布局示意图

11.2.3 偷锡焊盘设计

插件元件Pitch值≤2.0mm需要在在波峰焊的尾端需要增加一对偷锡焊盘。

如下图所示：

题目：印制电路板（PCB ）设

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图 29偷锡焊盘设计

11.3回流焊焊接面元件的布局 11.3.1 SMD 器件的通用要求

2 细间距器件（包括BGA 、0,4mm 、0.5mmQFP ）推荐布置在PCB 同一面；

2 有极性的贴片尽量同方向布置，防止较高器件布置在较低器件旁时影响焊点的检测，一般

要求视角≤60o

；如下图所示。

图 30焊点目视检测要求示意图

2 面阵列器件BGA 周围需留出2mm 禁布区,

图 31阵列器件与其它器件的禁布区要求

2 QFN 器件周围留出2mm 禁布区；

2 模块周围留出2mm 禁布区；

D=2mm

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11.3.2 SMD器件布局要求

2不推荐两个表面贴装的翼形引脚器件重叠，作为兼容设计。以SOP封装器件为例，如下图所示。

图 32 2个SOP封装器件兼容的示意图

2在确认SMD焊盘以及其上印刷的锡膏不会对THD焊接产生影响的情况下，允许THD与SMD重叠设计。以DIP-8与SOIC-8封装器件的兼容设计为例，如下图所示。

图 33 DIP-8与SOIC-8封装器件的兼容设计示意图

2双面贴装回流焊接布局时，避免掉件；第一次回流焊接器件重量要求：

A=器件重量/引脚与焊盘接触面积

片式器件：A≤0.075g/mm2

翼形引脚器件：A≤0.300g/mm2

J形引脚器件：A≤0.200g/mm2

面阵列器件：A≤0.100 g/mm2

图 34 贴装器件引脚与焊盘接触面积示意图

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2贴片器件之间的距离要求：

同种器件：≥0.5mm；

异种器件：两个器件之间的距离需要满足焊点检测要求，即一般要求视角≤60o

注1：距离值以焊盘和器件本体两者中的较大者为测量体。

注2：当较低贴片器件的焊盘与较高器件靠近布局时，该两个器件之间的距离需要满足焊点检测要求，即一般要求视角≤60o；如下图所示。

图 35 器件布局的距离要求示意图

2细间距器件与传送边所在的板边距离需要≥10mm，以免影响印锡质量。如下图所示。

2其他非细间距的SMD器件与传送边所在的板边距离要求≥5mm，与非传送边的距离要求≥3mm；如下图所示

图 36 SMD器件与板边的禁布区要求示意图

12 布线

12.1 线宽/线距及走线安全性要求

2在组装密度许可的情况下，尽量选用较低密度布线设计，以提高无缺陷和可靠性的制造能力。

目前厂家加工能力为：最小线宽/线距为4mil)/4mil。常用布线密度设计参考如下表。